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CAPITULO III PROCESO DE LA INSTALACIN DE NODOS EN UN DUCTO III.1.- GENERALIDADES DE LA PROTECCIN CATDICA.

La proteccin catdica(*3) consiste en obligar a la estructura a funcionar como ctodo en una celda de corrosin, mediante la manipulacin y/o modificacin de factores electroqumicos.

La proteccin catdica y el fenmeno de corrosin electroqumica se desarrollan segn los mismos fundamentos tericos de una pila seca.

En la cual el interruptor del circuito esta abierto no existe flujo de corriente y las paredes de Zinc se mantienen intactas; cuando el interruptor se cierra, se produce un flujo de corriente desde la terminal positiva hacia la negativa y un flujo de electrones en sentido contrario; los electrones al llegar a la superficie de la barra de carbn se unen con los iones positivos presentes en el electrolito, complementndose as el circuito elctrico. Al ceder electrones se genera corriente en las paredes de Zinc, producindose prdida de metal u oxidacin, mientras que la barra de carbn se mantiene integra y ocurre el fenmeno conocido como reduccin figura No. 16.

A la pila seca tambin se le denomina, celda galvnica, en la cual la barra de carbn es el ctodo y el zinc es el nodo.

Figura N. 16

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III.2.- NODOS DE SACRIFICIO

Este tipo de proteccin catdica(*3) aprovecha las caractersticas electroqumicas de los materiales metlicos, que provocan un par galvnico al ponerse en contacto dos metales con diferente electronegatividad, corroyndose el ms electronegativo o andico.

Con base en su actividad electroqumica los metales se ordenan en una clasificacin que recibe el nombre de serie galvnica, pudindose referir su electronegatividad a distintos medios; la relacin de potenciales de aleaciones comnmente utilizadas se muestra en la tabla 7:

Serie Galvnica Material Potencial(Volts)

Magnesio puro (Comercial) -1.75 Magnesio Aleado (6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn) -1.60 Zinc -1.10 Aluminio Aleado (5% Zn) -1.05 Aluminio puro (Comercial) -0.80 Acero al carbn (Limpio y Brillante) -0.5 a 0.8 Acero al carbn (Oxidado) -0.2 a 0.5 Hierro fundido (Gris) -0.5 Plomo -0.5 Acero al carbn en concreto -0.2 Cobre, Latn, Bronce -0.2 Hierro fundido alto silicio -0.2 Costra de laminacin en acero -0.2 Carbn, Grafito, Coke +0.3

Tabla 7

Diseo de Lneas enterradas

Se entiende por lnea o ducto a una tubera que conduce productos, principalmente lquidos gaseosos, mediante la aplicacin de un gradiente de presin entre sus extremos.

En la fabricacin de lneas para conducir hidrocarburos, se emplea el acero al carbn, que en la actualidad tiene un grado de consistencia, ya que es utilizado por Pemex Exploracin y Produccin, en un medio sumamente agresivo como lo es el agua de mar, que por su contenido de cloruros propicia la corrosin.

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III.3.- PROCESO DE CONTROL DE CORROSIN Proceso de clculo

El mtodo utilizado para controlar la corrosin en tuberas submarinas es el de la proteccin catdica, el cual fue seleccionado basndose en las condiciones fsicas y qumicas que prevalecen en un ambiente marino.

Descubrindose a continuacin los factores tcnico-econmicos en su instalacin. La proteccin catdica se puede definir como una tcnica que detiene o que reduce la corrosin de un metal en contacto con un electrolito, convirtiendo al metal en un ctodo mediante el paso de una corriente de electrones provenientes de un nodo.

La proteccin catdica est basada en el hecho de que la corrosin de los metales en presencia de un electrolito es de la naturaleza electroqumica, tal como sucede en las estructuras metlicas sumergidas en el mar las cuales se corroen por la formacin de pilas galvnicas sobre su superficie. Estas pilas estn constituidas por reas andicas donde tiene lugar la disolucin del metal y reas catdicas donde ocurre la reduccin de algn constituyente del electrolito. Las dos reacciones se efectan en la interfase metal solucin, con la consiguiente transferencia de electrones a travs del metal y de iones a travs de la solucin.

A continuacin se muestra un diagrama de flujo donde se observa como se hace su instalacin de proteccin catdica y recubrimientos anticorrosivos en gasoductos y oleoductos submarinos.

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DIAGRAMA DE FLUJO EN LA INSTALACIN DE LA PROTECCIN CATDICA Y RECUBRIMIENTOS EN GASODUCTOS Y OLEODUCTOS MARINOS.

TUBO DESNUDO

PLANTA DE RECUBRIMIENTO Y LASTRADO

1. ETAPA LIMPIEZA DE SUPERFICIE DEL TUBO

A.- CEPILLADO B.- SOPLETEO CON GRANALLA

2 ETAPA RECUBRIMIENTO PRIMARIO (UNICEC)

(METODO MECANICO)

SECADO

3 ETAPA EQUIPO MOVIL CON ROTACIN CONSTANTE DEL TUBO, POR LA PARTE SUPERIOR ESMALTE CALIENTE PARTE

INFERIOR SE LE APLICA VIDROFLEX Y VIDROMATE

5 ETAPA INSTALACIN DEL ANODO

6 ETAPA LASTRADO REFUERZO O (MALLA DE ALAMBRE)

7 ETAPA PATIO DE SECADO

EMBARQUE DE TUBERA YA LASTRADA (POR CHALANES)

TENDIDO DE TUBERA SUBMARINA POR BARCAZA

PROCESO

BISELAR EXTREMO DE LOS TUBOS

SOLDAR EN CINCO ETAPAS A.- FONDEO

B.- PASO CALIENTE (mayor temperatura)

C.- RELLENO DE CORONA D.- CORONA DE VISTA

E.- POSTCALENTAMIENTO

RADIOGRAFIA

JUNTA DE CAMPO PROTEGER EL REA DESCUBIERTA EN LAS UNIONES DE LOS TRAMOS

A.- cinto termoplstico B.- Poliriutano tipo insumo

LANZAMIENTO AL MAR

4 ETAPA DETECCIN DE POROSIDAD

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De esto es fcil deducir que si toda la superficie de una estructura metlica se convierte en un ctodo, la estructura no se corroera mientras se mantenga esa condicin.

La aplicacin de la proteccin catdica est supeditada a que se puede establecer un circuito de electrlisis en el cual, la estructura para proteger sea el ctodo, es decir el electrodo del circuito sobre el cual se depositarn las cargas positivas. Para que esto suceda, se requiere que toda la estructura est en contacto permanente con el electrolito.

La corriente necesaria de electrones para establecer un sistema de proteccin catdica puede obtenerse formando una pila elctrica espontnea usando nodos de metales ms activos como el aluminio, zinc y magnesio.

Est proteccin catdica recibe el nombre de proteccin catdica con nodos galvnicos de sacrificio.

Proteccin catdica con nodos galvnicos.

Un nodo galvnico tambin llamado nodo de sacrificio, puede describirse como un metal con potencial ms electronegativo que el potencial de la estructura que se pretende proteger. Por tal motivo, si un nodo galvnico se conecta elctricamente a una estructura sumergida, descargar una corriente que fluir a travs del electrolito hasta la estructura en cuestin.

Un buen nodo de sacrificio deber tener las siguientes caractersticas.

1. Potencial suficientemente electronegativo para asegurar un flujo de corriente adecuado.

2. Corriente de salida elevada, por unidad de peso de material consumido.

3. Buen comportamiento de polarizacin andica a travs del tiempo.

4. Bajo Costo

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III.4.- ALEACIONES GALVNICA DE LOS METALES Y ALEACIONES EN AGUA DE MAR Sistema de nodos de sacrificio. (*4) Los nodos de sacrificio son aleaciones de metales tan activos como el magnesio, el zinc o el aluminio; tales aleaciones se obtienen en distintas formas y tamaos para transmitir una corriente de proteccin adecuada a una plataforma o ducto marino especifico, con una mxima eficiencia de distribucin de corriente. El mtodo empleado para conectar los nodos al ducto depende de su tipo y aplicacin, pero debe mantenerse una baja resistencia de contacto elctrico durante la operacin de los nodos. Estos nodos deben ser preferentemente de aluminio. Existen nodos con pesos diferentes que proporcionan una cierta cantidad de Amperes y un consumo de Kg/ampere-ao (libras/ampere-ao). La tabla No. 3 nos muestra la serie galvnica de los metales y aleaciones en agua de mar. Funcionamiento de los nodos de sacrificio. El funcionamiento de los nodos de sacrificio en el agua del mar depende rigurosamente de la composicin de la aleacin, en especial para los del zinc y del aluminio. Los nodos del magnesio y de zinc son muy activos y se desgastan muy rpidamente; pero debido a su corta vida para un peso dado, no se recomienda su uso ya que de hacerlo deben reponerse con frecuencia. Puede establecerse la proteccin con nodos de sacrificio y la seleccin de la aleacin del nodo considerando lo siguiente: Resistividad del electrolito. - Tensin del nodo con respecto a la plataforma. - Prevencin del dao mecnico en la instalacin, el montaje y la operacin. - Vida til del material del nodo. - Limitacin en cuanto al rea de la plataforma. Distribucin de los nodos. La cantidad de nodos resultantes deben quedar distribuidos proporcionalmente y en una forma igual o semejante al ducto por proteger el cual quedar sumergido en el agua de mar. Requisito mnimo de corriente de proteccin prevista por metro cuadrado del rea de la plataforma. Las densidades de corriente para una zona caracterstica del agua de mar, tienen un rango de 54 a 161 ma/m2 (5 a 15 ma/pie2) para proteger catdicamente los ductos en mar abierto.

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Existen algunos valores caractersticos del rea de produccin costa afuera que pueden tomarse como datos de investigacin antes de seleccionar el diseo del parmetro final; tales valores se indican en la tabla 8. (*4)

FACTORES DEL MEDIO AMBIENTE rea de

produccin Resistividad

del agua (ohm-cm)

Temperatura del agua

(oC)

Factor de turbulencia (accin de la onda)

Flujo lateral del

agua

Densidad de corriente

MA/m2 mA/pie2

Golfo de Mxico

20 22 Moderado Moderado 54-65 5-6

Costa oeste E.U.

24 15 Moderado Bajo 76-86 7-8

Cook inlet (Alaska)

50 2 Bajo Alto 378-432 35-40

Mar del Norte 26 - 33 0 12 Alto Moderado 86 - 216 8-20 Golfo Prsico 15 30 Moderado Bajo 76 -108 7-10

Indonesia 19 24 Moderado Moderado 54 - 65 5 -6 CRITERIOS DE DISEO PARA SISTEMAS DE PROTECCIN CATDICA

TABLA NO. 8 Los nodos de sacrificio deben disearse con la suficiente rea expuesta de los mismos, a fin de producir la corriente de proteccin requerida para la vida de la instalacin andica. El sistema de la instalacin debe contar con material suficiente para suministrar corriente por los aos de proteccin deseada, basada en los datos de comportamiento del nodo instalado. El diseo del nodo de sacrificio debe considerar entre otros factores el potencial del ducto-nodo, la corriente resultante de salida del mismo y en donde se considere la resistencia del factor del nodo. Deben emplearse bridas o uniones aislantes en la tubera vertical para aislar elctricamente ambas estructuras metlicas y evitar el riesgo de un corto circuito causado por falla de la unin aislante, acumulacin de sales, residuos metlicos u otros materiales conductores. Tales bridas o uniones aislantes no deben localizarse bajo la lnea de agua y debe considerarse el peligro potencial de chisporroteo de estos dispositivos para los casos en que la corriente drenada sea alta. III.5.- CRITERIO PARA LA PROTECCIN CATDICA.

El parmetro ms importante a determinar es el potencial mnimo de proteccin. Es decir, se trata de fijar cual es el mnimo potencial del metal con respeto al electrolito que nos garantizar que la estructura trabaje permanentemente como ctodo.

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Existe un criterio ampliamente aceptado el cual establece que el potencial de la estructura con respecto al electrolito debe tener un valor de -0.85 Volts, medido a travs de un electrodo de plata / cloruro de plata saturado, siendo la estructura por proteger negativa. Si se proporciona a una estructura metlica sumergida en antes mencionados, se establecer un flujo permanente de iones positivos del electrolito sobre la superficie de la estructura.

La cantidad de corriente que un sistema de proteccin catdica debe suministrar, ser proporcional a la magnitud del rea por proteger.

El costo de la operacin y otros factores de costo, estarn en funcin de las cantidades de intensidad de corriente que se maneje.

Por tal motivo, si se aplica a la superficie por proteger un recubrimiento con buenas caractersticas de aislamiento elctrico se estar ayudando a la economa del procedimiento catdico.

Tipo de nodo.

Los nodos galvnicos (Galvanum III), mas utilizados en la proteccin catdica en las reas marinas son nodos tipo brazalete cuya composicin aproximada es de:

Elemento % en peso Mercurio ( Hg ) 0.000

Indio ( In ) 0.015 Silicio ( Si ) 0.100 Zinc ( Zn ) 3.000

Aluminio ( Al ) 96.885

El mercurio se utiliza como un medio fisurante.

Estos nodos deben ser instalados como se describe a continuacin: Conexiones elctricas. (*5) Conexin entre el nodo y su conductor. Esta conexin deber ser soldada. La soldadura deber hacerse preferentemente con estao.

La conexin del conductor del nodo al conductor de interconexin deber ser soldada. La soldadura deber hacerse preferentemente por aluminotermia.

La conexin del conductor del nodo o del conductor de interconexin al elemento por proteger, ser soldada. La soldadura deber hacerse preferentemente por aluminotermia.

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La conexin del conductor de interconexin al elemento de medicin ser soldada. La soldadura deber hacerse preferentemente por aluminotermia.

Cuando el elemento por proteger est constituido por dos o ms tuberas que se crucen o se desarrollen paralelas, deber hacerse un puenteo elctrico entre todas ellas en los lugares y espaciamiento que el proyecto indique.

nodos Tipo Brazalete sumergidos en agua de mar. (*5) Cuando el sistema de proteccin catdica consista de la instalacin de nodos de tipo brazalete, las terminales para la conexin con que cuentan dichos nodos se soldarn a la tubera mediante aluminotermia, o por el procedimiento que el proyecto indique. Cuando el sistema de proteccin catdica consista de la instalacin de nodos que para su fijacin cuenten con alma o soportes metlicos, el alma o soporte deber soldarse al elemento por proteger con soldadura elctrica, segn AWS. A.3.0-61. Aplicacin de corriente. (*3) La fuente de corriente, que requiere una tubera, tomando como lmite un potencial tubo-suelo de 2.5 volts en este punto, a fin de no daar al recubrimiento; este valor es el recomendado para suelos con resistividades mayores de 1000 ohm-cm para tuberas enterradas y para suelos con valores de resistividad menores, el valor de potencial tubo-suelo ser de 1.2 volts como es el caso de las tuberas que se depositarn en agua de mar, pantanos y suelos con altos contenidos de cloruros. A continuacin se muestra como debe de considerarse el material andico, as como su forma y dimensiones, dependen adems, de las caractersticas particulares de cada estructura como: dimetro, presencia de cloruros, temperatura de operacin, espacio disponible para lechos andicos, recubrimiento etc.

APLICACIONES DE MATERIAL NODICO Material del nodo Resistividad del medio

ohm-cm Descripcin del medio

Magnesio 800 -3000 Suelos agresivos Zinc 20 -1000 Mar y Pantanos

Aluminio 20 -400 Mar, Pantanos y lecho marino